KR870000832B1 - 전해액 직렬유동 방식으로 연결된 염소-알칼리 전해조군 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전해액 직렬유동 방식으로 연결된 염소-알칼리 전해조군

제1도는 음극판(1), 막-피복된 소공성 음극(5), 금속양극(11) 및 양극판(14)의 분해부품 배열도이고,

제2도는 본 발명에 사용하는 쌍극식 막 전해조(bipolar membrane cell)를 제조하는데 유용한 전해조가대(cell frame)의 등각 사시도이며,

제3도는 전해조에 쌍극식으로 전기를 통해주게 되는 필터 프레스형으로 배열된 3개의 전해조로 이루어진 태양의 평면(단면)도이고,

제4도는 전해액의 직렬유동을 성취시키기 위한 유동수단으로 연결된 3개의 전해조를 도시한 것이며,

제5도는 제4도와 다소 유사한 방법으로 배열되어 있기는 하지만 전해조-개스를 전해액으로 부터 분리시키기 위한 격실이 전해조의 상부에 설계되어 있는 3개의 전해조를 도시한 것이고,

제6조는 전해조 뚜껑 격실을 갖는 필터프레스식으로 배열된 5개의 전해조의 분해부품 배열법에 의한 일반 사시도이며,

제7도는 제6도에 도시된 전해조 뚜껑 격실의 상대적인 위치를 보여주기 위한 부분 분해도이다.

본 발명은 전해액을 직렬식으로 유동시킬 수 있는 염소-알칼리전해조군(banks of chloro-alkali electrolytic cells)에 관한 것이다.

미합중국 특허 제4,197,179호 및 제4,269,675호에는, 음극액을 전해조에서 전해조로 연속적으로 유동시키면서 양극액을 전해조에서 전해조로 역방향으로 연속적으로 유동시키기 위한 다수의 염소-알칼리 막 전해조군을 작동시키는 방법 및 장치가 기재되어 있다.

또한 미합중국 특허 제4,057,474호에는, 음극액을 전해조에서 전해조로 직렬식으로 유동시키는 방식으로 작동되는 양이온 선택 투과성 막 전해조군이 기재되어 있다. 상기 특허문헌의 전해조는 평판 일극식전극(flat monopolar electrode)을 갖는 것으로 기술되어 있다.

전해액의 직렬형 유동을 언급하고 있는 다른 특허문헌으로는 미합중국 특허 제1,284,618호 및 제3,899,403호와 독일연방공화국 특허 제2,437,783호를 들 수 있다.

본 발명은 막 전해조군, 특히 쌍극식 전기도전의 전해조군에 전해액 직렬유동을 제공하기 위한 전해조에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 이러한 막 전해조에 전해액 직렬유동을 제공하는데, 여기서 전해조에서 전해조로의 유동은 어느 하나의 전해조의 전극정상부의 상부 또는 이에 근접한 위치에서 취출되어 연속되는 후속 전해조의 전극 정상부의 하부의 위치로 도입된다.

더 나아가서, 본 발명은 전해조의 정상부에 위치한 탈-개스 격실로부터 전해액을 취출하고 바람직하게는 전극정상부의 하부위치에서 다음의 후속 전해조로 전해액을 도입시켜 이들 전해조에 전해액 직렬 유동을 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징은 특수설계된 전해조군의 정상부의 설비에 신규한 탈-개스 격식을 제공하는 것인데, 탈-개스 격실은 전해액을 어느 주어진 전해조로부터 전해조군내의 다음번 후속 전해조내의 하향유입구(down-comer)로 유동시키기 위한 수단을 가지며, 탈-개스 격실내의 개스는 바람직하게 누적적으로 배출된다.

염소-알칼리 막 전해조 군에는, 전해조로 부터의 전해액이 전해조의 수직 전극의 상부 또는 정상부에 근접한 위치에서 취출되어 다음번 후속하는 전해조내의 상응하는 전해액 부위, 바람직하게는 전극 정상부의 하부위치로 도입되도록 전해액을 전해조에서 전해조로 직렬 유동시키기 위한 수단이 제공되며, 전해조군의 마지막 전해조는 전해액을 이의 다음번 행선지로 취출시키기 위한 유동수단을 갖는다.

특히 본 발명은, 각각의 염소-알칼리 전해조가, 양이온 선택투과성, 거의 수-불투과성막으로 분리되어 있으며 음극액을 연속적으로 직렬식으로 연속 유동시키기 위한 수단을 갖는 하나 이상의 전극쌍, 및 양극액을 각각의 전해조로부터 전해조로 유동시키기 위한 유입수단 및 유출수단으로 이루어진 염소-알칼리 전해조군에 관한 것으로서,

여기서,

(i) 를 또는 묽은 가성 알칼리용액을 전해조군의 첫번째 전해조내의 음극액실로 도입시키기 위한 유입 수단,

(ii) 언급된 첫번째 전해조로 부터의 개스-상승된 음극액을 언급된 음극 상부의 탈-개스용 격실로 유도하기 위한 유동수단,

(iii) 탈-개스화된 음극액의 적어도 일부를 다음번 후속 전해조내의 음극액 표면의 하부위치로 유도하면서, 탈-개스화된 음극액의 적어도 일부를 이것이 토출되었던 전해조로 재유입시키기 위한 유동수단,

(iv) 전해조군의 언급된 다음번 후속 전해조 및 각각의 추가적인 후속 전해조로부터의 개스-상승된 음극액을 음극 상부의 탈-개스용 격실로 유도하고, 각 전해조의 탈-개스화된 음극액중 적어도 일부를 다음번 후속 전해조로 유도시키면서, 탈-개스화된 음극액의 적어도 일부를 이것이 토출되었던 전해조로 재 유입시키기 위한 유동수단,

(v) 전해조군의 마지막 전해조로부터 탈-개스화된 음극액을 취출하기 위한 유동수단, 및

(vi) 탈-개스용 격실로 부터 전해조 개스를 제거하기 위한 유동수단을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은,

(i) 알칼리금속 클로라이드 용액을 전해조군의 첫번째 전해조내의 양극액 실로 도입시키기 위한 유입수단,

(ii) 언급된 첫번째 전해조로부터 개스-상승된 양극액을 양극 상부의 탈-개스용 격실로 유도하기 위한 유동수단,

(iii) 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부를 다음번 후속 전해조내의 양극액 표면 하부의 위치로 유도하면서, 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부를 이것이 토출되었던 전해조로 재도입시키기 위한 유동수단,

(iv) 전해조군중의 언급된 다음번 후속 전해조 및 각각의 추가적인 후속 전해조로 부터 개스 상승된 양극액을 양극상부의 탈-개스용 격실로 유도하여, 각 전해조내의 탈-개스화된 양극액중 적어도 일부를 다음번 후속 전해조로 유도하면서, 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부를 이것이 토출되었던 전해조로 재도입시키기 위한 유동수단,

(v) 전해조군의 마지막 전해조로 부터 탈-개스화된 양극액을 취출하기 위한 유동수단, 및

(vi) 탈-개스용 격실로부터 전해조 개스를 제거하기 위한 유동수단으로 구성된, 양극액을 직렬식으로 연속 유동시키기 위한 수단을 특징으로 한다.

본 발명에 유용한 전해조군은 수직적으로 배치된 양극 및 음극을 갖는 일극식 또는 쌍극식 염소-알칼리막 전해조로 한정되는데, 여기서 전극은 막에 의하여 분리된 포킷(pocket) 또는 평판 디자인의 것이다. 막은 양이온 선택투과성이며, 거의 수-불침투성이다. 전해조는 전해조군으로서 설치될 경우, 이는 미합중국 특허 제2,282,058호에서와 같이 어느 하나의 전해조의 양극 및 그 다음 인접 전해조의 음극과 연결된 전도체를 통하여 전류가 통하게 되는 “쌍극식”인 것이 바람직하다. 바람직한 태양에 있어서, 쌍극 커플링이 이루어지는 전기적으로 결합된 음극판과 양극판 사이에는 공간이 있으며, 이러한 공간은 미합중국 특허 제2,282,058호와 유사한 음극액 격실의 일부로서 사용된다. 각각의 포킷 음극내의 공간은 음극판 중의 출구를 통하여 음극액 격실과 연결되어 있으며, 따라서 음극액 격실의 일부이다. 전기화학적 전류흐름은 음극으로부터 쌍극식 전기커플링을 경유하여 다음번 인접 전해조의 양극으로 흐르며, 회로가 전해조군의 마지막 음극 또는 음극판으로부터의 전류흐름에 의하여 종결될때까지 지속된다.

전해조 군은 직류형 전류통전의 쌍극식 방법이 사용되는 경우 어떠한 갯수의 전해조들로도 이루어질 수 있다. 전해조군에서의 전해조 갯수에 대한 실시상의 제한은 전기적인 고려사항에 의해서 보다는 음극액의 마찰계수(압력강화) 및 액체의 양을 조절하는데 필요한 유동수단의 실행상의 부피제한에 의하여 결정된다. 실무적인 범위는 통상적으로 하나의 전해조군에서 2내지 10개의 전해조이며, 3내지 7개가 바람직하다. 가장 바람직한 것은 전해조군 당 5개의 전해조를 사용하는 것이다. 직렬유동(이것은 때때로 단계별 유동이라고도 불리워진다)은 특히 이러한 동시 직렬유동이 역방향으로 행하여질때 양극액 및 음극액 모두를 유동시키는 것을 포함한다.

첨부된 도면은 본 발명의 태양을 설명하는데 있어서 시각적으로 도움을 주기 위하여 제공되었다.

제1도는 음극판(1), 포킷음극(5), 양극(11) 및 양극판(14)의 분해부품 배열도이다. 음극판(1)은 사용시 강체상태로 유지되기에 충분한 두께 및 구조를 갖는 금속판 (2)인 것으로 도시되어 있다. 판에는 볼트구멍(3) 및 개구부(4)가 제공되어 있다. 포킷음극(5)은 구부러지거나 또는 접혀진 소공성 금속(8)으로서, 그 양측면은 거의 평행하고 정상부 말단 및 저부말단은 역시 소공성일 수 있는 금속부위(7)로 폐쇄되어 있으며 나머지 측면(또는 말단)은 스터드 또는 볼트(10)가 제공된 강체부재(7a)로 폐쇄되어 있고, 상기부재를 통하여 개구부(9)가 연신되어 포킷음극(5)의 내부 공간으로 또는 내부공간으로부터 액체가 유동할 수 있다. 음극 개구부(9)는, 조립된 상태에서 볼트(10)가 볼트구멍(3)에 위치할 경우에 음극판 개구부(4)와 일치된다. 소공성 금속스크린은 직조와이어 스크린으로 구성될 수도 있으나, 천공판 또는 확장된 슬릿판일 수도 있으며, 이들은 모두 당업계에 공지되어 있다. 막(6)은 강체부제(7a)를 제외하고는 음극(5)을 완전히 덮고 있으며, 얼마나 견고하게 막이 설치되어 있는가에 따라서 또한 경우에 따라서는 취급, 저장 또는 작업중에 막이 신장 또는 수축하는지의 여부에 따라 막(6)과 소공성 금속(8)간에는 통상 공간이 거의 없거나 전혀 없게된다. 막(6)에 의해 소공성 금속 (8)의 외부표면을 완전히 폐공화 하는것은 일반적으로 바람직하지 못하다. 때때로 포킷형 또는 포킷 형상이라도 불리워지는 이러한 음극 형상은 음극내의 공간이 음극액과만 통하여져 있고, 액체수와 양극액과의 유통은 음극판(1)과 접촉하는 측면 또는 가장자리를 제외하고는 음극의 전측면을 덮고 있는 거의 수-불투과성막에 의하여 실질적으로 방지된다. 음극 구조물 내의 볼트(10) 및 개구부(9)의 갯수는, 물론 음극판 (1) 중의 구멍 (3) 및 개구부(4)의 갯수와 일치시키는 것 이외에는 제한이 없다.

제1도에는 통상은 상부말단과 하부말단이 개방된 거의 평행한 측면을 형성하도록 구부러지거나 질첩되어 있는 소공성 금속시이트(12)로 이루어진 양극(11)이 도시되어 있다. 구부러진 말단의 반대편 말단은 금속 스트립에 의하여 폐쇄될 수 있는데, 이 금속 스트립에는 그들 단부상에 나선부를 형성시킨 스터드 또는 볼트(13)가 부착된다. 볼트(13)는 조립시 양극판(14)으로 이루어지는 금속판(15)에 형성된 볼트구멍(16)과 일치하도록 결합된다. 다른 태양으로서, 양극은 도시된 바와같은 절첩 디자인 대신에 고체 또는 소공성인 시이트 또는 슬랩일 수 있다.

음극(5) 및 양극(11)은 단일금속 시이트를 구부리거나 절첩하여 평행한 측면을 형성하도록 제조할 것을 필요로하지 않는데, 그 이유는 두개의 금속시이트를 말단편에 용접시키거나 고정시켜 목적하는 형상을 갖도록함으로써 2개의 측면을 형성할 수도 있기 때문이다. 그러나, 일반적으로는 구부리거나 절첩하는 방법이 바람직하다.

제2도에는 정상측부(21), 제1의 수직측부(24), 제2의 수직측부(22)와 기저측부(23)으로 이루어진 전해조가대(20)가 도시되어 있다. 제2의 측부(22)는 절개되어 릿지(22a) 및 (22b)의 단면을 보여주는데, 릿지는 4개 측부의 내측표면으로부터 돌출되어 있다. 릿지(22a) 및 (22b)의 목적은 후술되는 제3도로 부터 보다 명백하게 될 것이다. 정상측부(21)에는 탈개스화된 양극액을 하향관(29)으로 유동시키기 위한 두개의 개구부(27)이 설계되어 있다. 이들 개구부(27)사이에는 개스를 동반하는 양극액이 전해조가대(20)내의 양극액 공간으로부터 개스상승 및 질량유동과 같이 상향 유동되도록 하기 위한 적어도 하나 이상의 개구부(28)가 형성되어 있다. 전해조가 조립되어 작동될때, 개구부(28)를 통하여 상향 유동되는 개스동반 양극액은 탈개스 되는 그 다음의 인접 전해조내로 전환되면서 다시 하향관 개구부(27)를 통하여 하향 유동되는데, 하향 유동관에서의 양극액은 하향유동관(29)의 작용에 의하여 그 다음의 양극액 실의 외측부하부로 유동한다. 하향유동관(29)은 제2도에 분해부품 배열도법으로 도시되어 있는데, 여기서는 비록 하나의 전환기만이 도시되어 있으나 바람직하게는 각각의 하향관 구멍(27)에 대하여 하나의 하향관(29)을 설치할 수 있다. 하향관(29)은, 이것이 적소에 위치되어 조립될 때, 고정부재 또는 삽입부품(29a)에 의하여 구멍 또는 개구부(27)와 직접 통하도록 배치하여 양극액이 릿지(22a) 및 (22b)사이에서 전해조가대(20) 내의 양극액 공간의 상부보다 낮은 위치로 하향 유동되도록 한다.

이러한 하향관에 관하여는 다른 구조를 사용할 수 있으며, 실지로 이 하향관은 전해조가대내에 직접 설치할 수 있다. 개구부(25) 및 (26)은 음극액 유동수단으로 작용하며, 이에 의하여 음극액은 어느 하나의 개구부, 즉 소정의 전해조가대내의 개구부 (25)를 하부로 중력유동하고 대향개구부, 즉 동일한 전해조가대의 대향개구부(26)를 개스-상승 역유동함으로써 전해조로 자유로이 유동하는데, 이때 전해조군내의 다음 전해조가대의 상응하는 음극액 유동개구부를 통하여 다시 하향 유동된다. 개스에 의하여 개구부(25) 및 (26)를 통하여 뚜껑 [제6도에서(50) 및 (51)] 내로 상승운반된 대부분의 액체는 개구부(25) 및 (26)을 통하여 음극액 격실로 복귀하며, 이 흐름은 저류판 (제7도의 85)에 의하여 분리된다. 물론 전해조군내의 첫번째 전해조로의 전해액도입은 외부 공급원으로 부터 이루어지고 전해조군내의 마지막 전해조로부터의 전해액은 후속가공을 위하여 전해조군으로부터 취출되는 것이지만, 전해조군내에서 전해액은 전해조에서 전해조로 유동됨을 알 수 있다. 측면 개구부(29b)는, 가대(20)가 제4도에서와 같이 사용될때 사용될 수 있다.

제6도 및 제7도에 도시된 전해조 뚜껑을 용이하게 설치하기 위하여서는, 양극액 개구부(27)가 제2도 및 제7도에 도시된 것과 마찬가지로 음극액 개구부(25) 및 (26)보다는 정상측부(21)의 중앙에 근접하도록 위치하는 것이 바람직하다.

제3도에는 세개의 전해조가대(20)의 시리즈가 상부로부터 본 단면도로 도시되어 있다. 각각의 전해조가대(20)내에는, 서로 대향되는 방향으로부터 삽입된 다수(다만, 도면에는 각 가대당 4개인 것으로 도시되어 있다)의 양극(11) 및 다수(도면에는 각 가대당 3개만 있는 것으로 도시되어 있다)의 막 피복음극(5)이 설치되어 있다. 음극 (5)은 제위치에 조립되고 음극판(1)에 의하여 지지된다. 양극(11)은 제위치에 조립되고 양극판(14)에 의하여 지지된다. 양극과 음극을 그들 각각의 판에 고정하는 수단은 예를들면 제1도에 도시된 볼트 등이다. 도시되어 있는 바와같이 전극 볼트를 전도성 커플링(바람직하게는 구리 커플링)에 부착시킴으로써 전기회로를 제공한다. 어느 하나의 가대의 음극의 다른 가대의 양극에의 커플링은 전해조에서 전해조로 전류가 흐르도록 해준다. 제3도에 도시된 태양을 작동시키는데 있어서, 양극액이 양극액부(33)내에 있어야 하며 음극액은 음극액부(32)내는 물론이고 음극판(1)내의 개구부(4)를 경유하여 언급된 음극액부(32)와 통하여진 포킷음극(5)내에도 있어야 한다. 음극판(1)은 릿지(22b)에 대하여 적당히 견고하게 밀폐되어 양극액과 음극액이 섞이지 않도록 하며 동시에 양극판(14)도 동일한 목적으로 릿지(22a)에 대하여 적절히 견고하게 밀폐되어 있다. 밀폐부(가스켓)(22c)는 불활성 고무, 플라스틱, 또는 매시틱(mastic)으로 이루어지는데, 이들은 거의 불활성이며 전해조환경 및 조건하에서 긴 수명을 가지는 것이 바람직하다. 전해조가대(20)의 시리즈는 통상 그들의 결합면에서 밀폐되며 볼트나 크램프(도시되어 있지 않음)에 의하여 밀접하게 압착되어 결합부로부터의 누출을 방지한다. 전해조가대가 서로 압착되면, 도전성 커플링(34) 및 (35)도 함께 압착된다. 대역 (36)은 전류를 첫번째 양극 세트로 운반하는 도전성 커플링만을 수용하는 사공간 (dead-space)이다. 단부(30)은 음극부스판이며 단부(31)은 양극 부스판이다. 제3도에 있어서, 음극판(1)은 이의 각 단부에 있는 말단 음극외측의 위치에서 판에 고정된 임의의 그러나 바람직한 수직장착 저류판(baffle) 또는 흐름분류기(85)를 갖는다. 이러한 흐름 분류기(85)는 음극판 상부까지 신장되어 있어 제2도의 전해조가대에 설치될 경우 포트(25) 및 (26)을 2개의 부분으로 분할하게 된다.

제4도는 양극액과 전해조에서 전해조로 향류방식(counter-current)으로 유동시키는 다른 실시태양을 예시한 것이다. 본 도면에는, 양극액 또는 염수가 도관(40)을 통하여 전해조가대(20A)의 양극액 부의 정상부(또는 정상부의 근접위치)로 도입되고 이어서 유동수단(41)을 통하여 전해조(20A)로 부터 전해조(20B)로 유동한 다음, 유동수단(42)를 통하여 전해조(20B)로 부터 전해조(20C)로 유동하고, 이어서 유동수단 (43)을 통하여 전해조(20C)로부터 취출되는 과정이 도시되어있다. 음극액은 전해조 (20C)의 음극액부의 정상부 또는 이의 근접위치에 설치한 유동수단(44)을 통하여 음극액 또는 물로서 전해조(20C)에 도입되고 이어서 유동수단(45)을 통하여 전해조 (20C)로 부터 전해조(20B)로 유동하고, 이어서 유동수단(46)을 통하여 전해조(20B)로 부터 전해조(20A)로 유동한 다음, 유동수단(47)을 통하여 전해조(20A)로부터 취출되는 일련의 과정에 의하여 양극액과 반대방향으로 유동하게 된다. 각각의 전해조가대내에서 양극액 부는 거의 수-불투과성 막에 의하여 음극액 부와 분리된다는 사실은 자명할 것이다.

제4도에 도시된 전해조는 일극형 일 수도 있고 쌍극형일 수도 있다. 제4도의 전해조는 도시된 바와같이 이격하여 설치할 필요는 없으며 제3도에서와 같이 서로 밀접하게 압축하여 설치할 수 있는데, 이는 특히 쌍극형 시리즈 전기회로가 바람직한 경우에 적합하다. 양극액 부로부터의 전해조 개스는 헤더(48)내에 수집되며 음극액 부로부터의 전해조 개스는 헤더(49)내에 수집된다. 제4도의 전해조내의 양극액과 음극액 수준은 유동속도에 의해 어느정도는 제어할 수 있으나 이들을 전해조에서 전해조로 운반하는 유동수단의 위치에 의하여 주로 제어되며, 각각의 전해조에서의 전해조 개스의 분리 (탈포)는 각 전해조내의 전해액 상부의 헤드공간에 의해 수행된다.

제5도에는, 각 전해조내의 전해액으로 부터 전해조 개스의 분리가 전해조의 정상부에 설치된 분리격실내에서 수행되는 것을 제외하고는 제4도의 것과 유사한 유동배열을 갖는 또다른 태양이 도시되어 있다. 전해액은 다수의 도관을 경유하여 양극액부와 음극액 부로부터 각각의 격실로 이송된다.

제6도는 전해조 가대(20)가 신규의 전해조 뚜껑과 결합된 것을 도시하기 위하여, 쌍극식 필터-프레스형으로 배열된 5개의 전해조 가대(20)군을 분해부품 배열도법으로 도시한 사시도이다. 전해조 가대(20)는 제2도에 도시된 것과 같은 형태의 것이며, 쌍극식 필터-프레스 배열은 제3도에 도시한 것과 거의 같다. 음극액 전해조 뚜껑(50) 및 (51)은 조립된 상태에서는 전해조군(본 도면에서는 5개의 전해조로 도시되어 있다)의 인접측면의 정상부와 통하고 또한 전해조군의 상응하는 반대편 측면의 정상부와 통하도록 각각 배열되어 있다. 뚜껑은 이의 하부면이 실질적으로 개장되어 있어 반전된 폐쇄말단 홈통의 외관을 갖는다. 뚜껑(50)내에는 각각 “짧은”제방형(weir-type)저류판을 갖는 공간에 의해 분리된 일련의 “긴”이격 수직 저류판이 도시되어 있다. 뚜껑 (50)의 (중간부분의) 길이방향으로 짧은 저류판이 설치되어 있는데, 이는 음극액 유동 유도기의 일부일 뿐마 아니라 긴 저류판의 짧은 저류판을 보강하는 수단으로서 유용한 작용을 할 수 있다. 뚜껑(51)은 뚜껑(50)과 아주 유사한 형상을 하고 있으나 뚜껑(51)은 저류판 배열이 상이하며, 긴 배플을 갖는 공간에 의해 분리된 일련의 짧은 저류판이 설치된다. 즉, 뚜껑(51)이 긴 저류판을 갖는 경우, 뚜껑(50)내에서 이것과 직접 고차하는 상응하는 저류판은 짧은 저류판이다. 양극액 덮개(52)는 반전홈통의 외관을 갖고 있으나 음극액 덮개(50) 또는 (51)의 폭보다 더 넓은 폭을 갖는다. 이는 본 도면에서는 5개의 전해조(20)을 수용하기에 적당한 저류판을 갖도록 설계되어 있다. 뚜껑(50), (51) 및 (52)는 전해조 군 상부에 조립될 경우, 전해액이 뚜껑의 하부로부터 전해조의 외부로 누출되는 것을 방지하기에 적합한, 가스켓, 매스틱, 셀-퓨리(cell-putty)등의 적절한 밀봉수단에 의하여 밀봉시킨다.

전해조 군의 단부는 제3도에 도시된 부스-판(30) 및 (31)로 폐쇄되어 있으며, 음극부스-판(30)은 단부 음극액 부의 벽부분으로서의 역할을 하고 양극 부스-판(31)은 대향단부의 벽부분으로서의 역할을 한다. 제3도에 도시한 바와 거의 마찬가지로 제6도의 전해조 군에도 전기회로가 제공된다.

조립된 후 적당한 전해액으로 충진하고 작동시키기 시작하면, 제6도의 전해조 군내의 음극액 또는 물은 유입수단(53)을 통하여, 이들 액체가 개구부(26)를 거쳐 첫번째 음극액 부로 유입되는 위치로부터 뚜껑(50)의 첫번째 저류판 구획내로 이송된다. 음극액은 긴 저류판을 범람하여 유동할 수 없기 때문에 언급된 첫번째 음극액 부로부터의 음극액의 유동은 개구부(25)를 통해서 음극액이 뚜껑(51)내로 강제상승하며 여기서 음극액은 짧은 저류판을 범람하여 두번째 음극액부로 다시 하강한다. 두번째 음극액부로부터, 전해액은 뚜껑(50)내로 상승하여 제2저류판 구획내로 유입된 다음, 짧은 저류판을 범람 횡단하여 세번째 음극액부로 유입되는 등의 방식으로 전해조(20)을 통하여 뚜껑(50)과 (51)사이에서 상승과 범람 그리고 하강을 반복하게 되며, 이러한 반복은 뚜껑(51)로부터 유동수단(54)에 이르러 취출될 때까지 지속된다. 음극액 유동수단(54)는, 음극액 수준을 작동조건에 따라 뚜껑(52)내에서 양극액 수준보다 높게 또는 낮게 조절할 수 있도록 조절형 다리가 부착될 수 있다. 뚜껑(52)내의 양극액 수준도 역시 유출유동수단(65)에 부착된 조절형 다리를 사용함으로써 상승 또는 하강시킬 수 있다. 이와 동시에, 양극액은 전해조 군내의 음극액 유동에 대해 향류방식으로 유동된다. 이 유동은, 양극액 유동에 관하여는 첫번째 전해조가 되고 음극액 유동에 관하여는 마지막 전해조가 되는 전해조내의 양극액 개구부(27A) 및 (27B)와 연결된 유입수단(58) 및 (59)를 통해 양극액 또는 염수를 운행시킴으로써 수행된다. 첫번째 양극액 부내의 양극액은 양극액 개구부(28)를 거쳐 뚜껑(52)내로 강제로 상승 유동하고, 저류판에 의하여 상응하는 개구부(27A) 및 (27B)로 유도되어 두번째 양극액 부로 도입된다. 각각의 양극액 부에는 제2도에서 도시했던 하향관이 설치되어 양극액이 양극액 표면하부, 바람직하게는 양극액 부의 저부근처에서 전해조내의 양극액과 혼입되도록 한다. 양극액 뚜껑(52)은 모서리 저류판(62)를 내장하여 각 유동수단(58) 및 (59)을 위한 격실을 형성하며, 두 모서리 저류판 사이의 대역은 양극액 개구부(28)의 첫번째 세트와 연결된 공간을 한정하게 된다. 각각의 양극액 부에서 하향관 구멍은 한개 이상 있을수도 있지만, 각 양극액부 내에서 양극액의 보다 나은 혼합 및 순환은 특히 이들 구멍이 서로 대향 배치되어 있을 경우 한개 이상의 하향관 구멍을 갖도록 함으로써 성취된다. 상향관 구멍(28)로부터 유동하는 양극액은 저류판수단(63)에 의해 저류판들 사이의 통로 (60)를 통해 다음 인접 전해조의 하향관 구멍으로 유도된다. 이러한 양극액 유동방법은, 상향관 구멍(28)의 최종 세트로부터 양극액이 유동수단(65)를 통해 유출될 때까지 전해조 군 전체를 통하여 진행된다. 양극액이 마지막 세트의 상향관 구멍으로부터 취출되는 경우, 저류판이 어느 하나의 전해조의 상향관 구멍으로부터 다음번 전해조의 하향관 구멍으로의 양극액 유동을 야기시키는한, 저류판(63)의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 저류판(63)은 뚜껑(52)의 측벽 내면에 견고히 부착되어 있지만, 양극액 뚜껑내에서 저류판 상부에는 전해조개스용의 공동 헤드공간이 있으며, 전해조개스는 배기구 (57)를 거쳐 집적기로 배출될 수가 있다. 단지 하나의 배기구(57)만이 도시되어 있지만, 각각의 양극액 뚜껑에 1개이상의 이러한 배기구를 갖는 것도 본 발명의 범위내에 포함된다. 음극액 전해조개스를 집적기로 배출할 수 있도록, 음극액 뚜껑에는 배기구(55) 및 (56)이 제공될 수도 있다. 필요시, 양극액 뚜껑(52)내의 유동수단(65)으로부터의 “소모된”양극액은 알칼리 금속 할라이드(예 : Nacl)로 재보강하여 목적하는 조성의 양극액과 함께 전해조 군으로 재순환시킨다 양극액 커버(52)내에 있는 저류판(63) 및 (64)에는, 하향관 구멍 근처의 저부위치에 소형 개구(61)가 제공되어 어느 셀의 하향관 및 상향관 대역내에서 양극액이 어느 정도 혼합되도록 한다. 이러한 소형 개구(61)은 개스상승에 의해 뚜껑(52)내로 이송된 과잉 양극액을 재순환시킴으로써 개스상승이 전해조(20)내에서 양극액을 범람시키는 경향을 상쇄하게 된다.

제7도는 전해조 군의 비-축척 부분절개 평면도로서, 제6도의 음극액 뚜껑과 양극애 뚜껑의 대략적인 위치를 도시한 것이다. 전해조 군에는 선(70)을 따라 밀접하게 접속된 2개의 전해조가대(20A) 및 (20B)가 있다. 어느 하나의 측면상에는 양극액 뚜껑(51)의 일부가 도시되어 있는데, 이의 절취된 부분에 있어서는 그 내부의 저류판이 노출되어 있고 또한 가대(20A)의 정상부에 위치한 음극액 개구부(25a)가 노출되어 있다. 뚜껑(51)의 도시된 부분에서의 저류판은 짧은 제방형 저류판(71) 및 긴 저류판 (73)을 나타내거나 짧은 제방형 저류판(73)을 갖는 긴 저류판(71)을 나타낼 수 있다.

또한, 전해조 가스켓 연결부(72)가 도시되어 있다. 긴 저류판(74)은, 뚜껑내로 상승 유도하는 기포를, 전해조내로 다시 하향유동 하는 탈-개스화된 액체로부터 분리시키는 역할을 하며, 짧은 저류판과 거의 동일한 높이를 갖는다. 긴 저류판(74)는 제3도 및 제7도에 도시된 음극액 격실 저류판(85) 상부에 위치하게 되는데, 이러한 저류판 (85)는 거품(즉, 개스 및 액체)의 상향유동을 음극격실 내로의 하향유동으로부터 분리시키며, 이에 의하여 각 음극액 격실내에서 어느 정도의 내부순환을 성취하게 된다. 양극액 개부구(28), (27A) 및 (27B)의 상부에는 양극액 뚜껑(52)가 부분 전개도 형식으로 도시되어 있는데, 언급된 양극액 개구부의 일부가 노출되어 있고, 가대(20A) 및 (20B)의 정상부에 견고하게 부착된 뚜껑내의 저류판(63)을 보여주고 있다. 저류판 (63)의 저부 또는 그 근처의 비교적 작은 유동구멍(61)이 도시되어 있는데, 이들은 기포 개스-상승에 의해 뚜껑(52)로 이송된 과잉 양극액이 이것이 토출된 전해조로 다시 하강유동하도록 하며, 이에 의하여 각각의 양극액 전해조 격실내에서 어느정도 내부재순환을 성취할 수 있게 된다. 가대(20B)내의 상향관 구멍(28)로 부터의 양극액은 배플에 의하여 가대(20A)의 하향관 구멍(27A) 및 (27B)로 유도된다. 추가적으로 가능한 본 발명의 태양을 예시하기 위하여, 뚜껑(51) 및 (52) 사이에 위치할 수도 있고 이러한 위치보다 약간 높은 위치에 있을 수 있는 도관 또는 파이프(80)이 도시되어 있다. 이러한 파이프 또는 도관(80)은 전해액을 전해조군으로 이송시키거나 전해조 개스를 전해조군으로부터 제거하는 역할을 할 수 있으며, 전해액을 전해조 군으로 또는 전해조군으로부터 이송시키고 전해조 개스를 전해조 군으로부터 제거하기 위해 사용될 수 있는 다수의 파이프 배열이 존재할 수 있다.

“반전홈통”형 전해조 뚜껑은, 이것이 상향관 구멍을 통하여 뚜껑내로 이송될 수 있는 액체/개스 기포의 제거(즉, 탈포 또는 탈개스)를 가능하도록 해주는 헤드공간을 제공하기에 충분한 높이를 가지는한, 둥근 정상부 또는 다른 형상을 가질 수 있다. 이때, 언급된 헤드공간은 가스가 제거되는 전해조 뚜껑 부분의 저류판보다는 적어도 약간 상부로 신장되어 있다. 헤드공간은 전체 뚜껑에 단 하나의 개스 출구가 소요되도록 하기 위해서는 각 뚜껑의 전장에 걸쳐서 신장될 것을 필요로 한다.

제7도에 있어서, 음극액 뚜껑(51)이 도시되어 있는 측면의 반대편에는 음극액 뚜껑이 도시되어 있지 않은데, 사선부(81) 및 (82)는 도시되었다면 상응하는 음극액 뚜껑이 자리잡게될 위치를 나타낸다. 상기 음극액 뚜껑 대역에서, 절개부위는 릿지(22a) 및 (22b)에 대향하는 위치에서 각각의 장착판에 장착된 음극 및 양극을 노출시키고 있으며, 가대(20B)의 양극으로부터 가대(20A)의 음극까지의 쌍극식 전기 회로를 보여준다. 언급된 전기회로가 도시된 공간은 전술된 바와 같은 음극액 개구부(26A)에 의해 사용되는 가대(20B)의 음극액 부분이 되는 것으로 도시되어 있다. 언급된 가대(20B)의 음극액 부분 (32)는 음극판중의 개구부에 의해 전해조(20A)의 음극내의 음극액과 통해 있으며, 그 음극판에는 언급된 음극이 장착된다. 저류판(85)는 과잉 음극액의 하향유동으로 부터 기포(음극액 및 개스)의 상향유동을 분리시키는 역할을 한다.

제2도의 양극액 상향유동 개구부(28)은 전류용량의 암페어당 기포 단면 유동 약, 0.0258㎠(0.004in²) 이상을 제공할 수 있는 치수를 갖는 것이 바람직하며, 하향유동 개구부(27)는 전류용량의 암페어당 탈-개스화된 양극액의 단면유동 0.0129㎠ (0.002in²)이상을 제공할 수 있는 치수를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 제2도에서 음극액 개구부(25) 및 (26)는 양극액 유동에서 사용된 것과 거의 동일한 음극액 유동용량을 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 원리 및 방법은 일극식 또는 쌍극식 회로의 염소-알칼리 막 전해조 및 평판전극 또는 포킷전극 설계의 염소-알칼리 막 전해조에 관한 다른 태양에서 전해조에서 전해조로의 유동 또는 전해조 군에서 전해조군으로의 유동을 제공하는데 적용할 수 있다.

Claims (16)

1. 각각의 전해조내에서, 양이온 선택 투과성 거의 수-불투과성 막에 의해 분리되고, 포킷 또는 평판 형상을 갖는 수직 배열된 양극 및 음극과, 음극액을 전해조에서 전해조로 연속적으로 유동시키기 위한 수단을 가지며, 서로 직렬형으로 연결된 일극식 또는 쌍극식 염소-알칼리 전해조군에 있어서,언급된 전해조 군이, (A) 정상부 표면에 구멍을 갖는 전해조가대 군, 및 (B) 언급된 전해조가대 군의 정상부 표면에 위치되고 언급된 개공을 통하여 전해조가대의 내부공간과 통하여진, 정상부는 폐쇄되어 있고 하부는 개방되어 있는 전해조 뚜껑을 가지며 ; 언급된 전해조 뚜껑이, 언급된 전해조 가대에 상응하는 갯수의 탈-개스용 격실과 유동통로를 제공하는 저류판을 가지며 ; 언급된 음극액을 전해조에서 전해조로 유동시키기 위한 수단이, (i) 물 또는 묽은 가성 알칼리 용액을 전해조 군의 첫번째 전해조가대 내의 음극액실로 도입시키기 위한 유입도관, (ii) 언급된 전해조 군의 첫번째 전해조가대의 내부공간으로부터 개스-상승된 음극액을 음극 상부의 전해조 뚜껑의 상응하는 대역으로 유도하기 위한, 전해조 군의 첫번째 전해조가대의 정상부 표면상의 구멍, (iii) 탈-개스화된 음극액의 적어도 일부분을 이것이 토출되었던 전해조가대의 내부공간으로 재도입 시키면서, 탈-개스화된 음극액의 적어도 일부분을 다음번 후속 전해조가대내의 음극액 표면 하부의 위치로 유도하기 위한 유동수단, (iv) 언급된 다음번 후속 전해조가대의 내부공간으로부터 그리고 전해조 군내의 각각의 추가적인 후속전해조가대로부터 개스-상승된 음극액을 음극 상부의 전해액 뚜껑의 상응하는 대역으로 유도하고, 탈-개스화된 음극액의 적어도 일부분을 이것이 토출되었던 전해조가대의 내부공간으로 재도입시키면서 탈-개스화된 음극액의 적어도 일부분을 다음번 후속 전해조가대의 내부공간으로 유도하기 위한 유동수단, (v) 탈-개스화된 음극액을 전해조 군의 마지막 전해조로부터 취출하기 위한 유출도관, 및 (vi) 전해조 개스를 음극액 뚜껑으로부터 제거하기 위한 유출도관의 작동성 조합으로 이루어짐을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
2. 제1항에 있어서, (i) 알칼리 금속 클로라이드 용액을 전해조 군의 첫번째 전해조 내의 양극액실로 도입시키기 위한 유입도관, (ii) 개스-상승된 양극액을 언급된 첫번째 전해조로부터 양극 상부의 탈-개스용 격실로 유도하기 위한 구멍,(iii) 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부분을 작은구멍을 통하여 이것이 토출되었던 전해조로 재도입시키면서, 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부분을 다음번 후속전해조내의 양극액 표면 하부의 위치로 유도하기 위한 유동수단, (iv) 언급된 다음번 후속 전해조 및 전해조 군내의 각각의 추가적인 후속 전해조로부터 개스-상승된 양극액을 양극상부의 탈-개스용 격실로 유도하고, 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부분을 작은 구멍을 통하여 이것이 토출되었던 전해조로 재도입시키면서 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부분을 다음번 후속 전해조로 유도하기 위한 유동수단, (v) 탈-개스화된 양극액을 전해조 군의 마지막 전해조로부터 취출하기 위한 도관, 및 (vi) 전해조 개스를 탈-개스용 격실로부터 제거하기 위한 도관으로 구성된, 양극액을 전해조에서 전해조로 연속적으로 유동시키기 위한 수단을 가짐을 특징으로 하는, 염소-알칼리 전해조 군.
3. 제1 또는 제2항에 있어서, 전해조를 통하여 음극액과 양극액을 연속적으로 유동시키기 위한 수단이, 음극액의 유동과 양극액의 유동이 서로 반대방향이 되도록 배열됨을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
4. 제1 또는 제2항에 있어서, 음극액 직렬유동에 관한 첫번째 전해조가 양극액 직렬유동에 관하여는 마지막 전해조임을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
5. 제1항에 있어서, 언급된 개스-상승된 음극액을 유도하기 위한 유동수단이, 전류용량의 암페어당 약 0.0258㎠이상의 기포단면 유동을 제공하는 치수를 가짐을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
6. 제1항에 있어서, 언급된 탈-개스화된 음극액을 이것이 토출되었던 전해조로 재도입시키기 위한 유동수단이, 전류용량의 암페어당 약 0.0129㎠이상의 탈-개스화된 음극액 단면유동을 제공하는 치수를 가짐을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
7. 제1항에 있어서, 언급된 전해조 군 내의 전해조의 갯수가 3내지 7임을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
8. 양이온 선택투과성 거의 수-불투과성 막에 의해 분리되고, 포킷 또는 평판 형상을 갖는 수직 배열된 양극 및 음극과, 양극액을 전해조에서 전해조로 연속적으로 유동시키기 위한 수단을 가지며, 직렬형으로 서로 연결된 일극시 또는 쌍극식 염소-알칼리 전해조 군에 있어서, 양극액을 전해조에서 전해조로 유동시키기 위한 수단이, (i) 알칼리 금속 클로라이드 용액을 전해조 군의 첫번째 전해조내의 양극액실로 도입시키기 위한 유입도관, (ii) 개스-상승된 양극액을 언급된 첫번째 전해조로부터 양극 상부의 탈-개스용 격실로 유도하기 위한 구멍, (iii) 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부분을 작은 구멍을 통하여 이것이 토출되었던 전해조로 재도입시키면서, 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부분을 다음번 후속 전해조내의 양극액 표면하부의 위치로 유도하기 위한 유동수단, (iv) 언급된 다음번 후속 전해조 및 전해조 군내의 각각의 추가적인 후속 전해조로부터 개스-상승된 양극액을 양극 상부의 탈-개스용 격실로 유도하고, 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부분을 작은 구멍을 통하여 이것이 토출되었던 전해조로 재도입시키면서 탈-개스화된 양극액의 적어도 일부분을 다음번 후속 전해조로 유도하기 위한 유동수단, (v) 탈-개스화된 양극액을 전해조 군의 마지막 전해조로부터 취출하기 위한 도관, 및 (vi) 전해조 개스를 탈-개스용 격실로부터 제거하기 위한 도관의 작동성 조합으로 이루어짐을 특징으로 하는, 염소-알칼리 전해조 군.
9. 제8항에 있어서, 언급된 알칼리 금속 클로라이드가 Nacl임을 특징으로 하는, 염소-알칼리 전해조 군.
10. 제8항에 있어서, 언급된 개스-상승된 양극액을 유도하기 위한 유동수단이 전류용량의 암페어당 약 0.0258㎠이상의 기포단면유동을 제공하는 치수를 가짐을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
11. 제8항에 있어서, 탈-개스화된 양극액을 이것이 토출되었던 전해조로 재도입시키기 위한 유동수단이 전류용량의 암페어당 약 0.0125㎠이상의 탈-개스화된 양극액 단면 유동을 제공하는 치수를 가짐을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
12. 제8항에 있어서, 언급된 전해조가 일극식 전극을 가짐을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
13. 제8항에 있어서, 언급된 전해조가 쌍극식 전극을 가짐을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
14. 제8항에 있어서, 언급된 전해조가 평판 전극을 가짐을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
15. 제8항에 있어서, 언급된 전해조가 포킷 전극을 가짐을 특징으로 하는 염소-알칼리 전해조 군.
16. 제8항에 있어서, 전해조 군내의 전해조의 갯수가 3 내지 7임을 특징으로 하는 염

    소-알칼리 전해조 군.

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